用于检测交通工具控制系统中的故障的方法和系统与流程

本发明涉及交通工具(vehicle，车辆、载具、飞行器)控制系统，具体涉及用于检测交通工具控制系统中的故障的方法和系统。

背景

现代交通工具控制系统由相互作用以控制交通工具的各种部件的系统、子系统和控制器的网络组成。例如，交通工具控制系统可以包括与交通工具的特征域诸如交通工具动力学相关联的子系统。这些子系统中的每一个都可以包括与域的特征相关联的一个或多个电子控制单元(ecu)，例如，交通工具动态子系统可以包括与制动相关的ecu。子系统还包括与该域子系统相关的功能单元。功能单元例如可以是制动器致动传感器。功能单元通常互连，这使得快速地检测和定位故障成为一项挑战。

在交通工具控制系统包括许多与交通工具的各个方面通信和控制交通工具的各个方面的子系统的情况下，大型电子控制系统的测试和验证是非常重要的。此外，交通工具控制系统中越来越多的特征又增加了与控制系统相关联的交通工具生产成本的比例。因此，用于交通工具控制系统的能够在生产和开发期间高效且有效地检测故障的故障检测方法和系统将降低生产成本并提高交通工具可靠性。

技术实现要素：

因此，本发明优选地寻求通过提供根据独立权利要求阐述的解决方案，单独地或以任何组合缓解或消除本领域中的以上识别的缺陷中的一个或多个并解决至少以上提到的问题。

根据第一方面，提供了一种用于检测包括功能单元的交通工具控制系统中的故障的方法。每个功能单元具有有限域元素形式的关联的独特标签，并且该方法包括：调用功能单元中的每一个功能单元，该调用包括可读的遍历值，并且在功能单元正确运行的情况下，基于当前被调用的功能单元的独特标签更新遍历值；以及从更新的遍历值、通过与预期遍历值进行比较来确定是否有任何功能单元有故障。

在实施方式中，在遍历值不等于预期值的情况下，该方法还包括通过有限域元素因式分解算法确定哪些功能单元有故障。

该方法还可以包括借助于所述有限域元素因式分解算法确定任何丢失的独特标签。

在实施方式中，该方法还包括访问列表，该列表将功能单元的描述符与独特标签相关联，以确定任何有故障的功能单元的描述符。

遍历值可以是处于调用中的遍历值与当前被调用的功能单元的独特标签的乘积。

在实施方式中，每个独特有限域元素由多项式生成，优选地，该多项式是g(x)＝x⁴+x³+1。

每个独特标签可以对应于独特的十进制形式表示，每个独特的十进制形式表示都是一质数。优选地，使独特的十进制形式表示遵循从数字2开始的质数的递升序列相关联。

可以从形成独特的十进制形式表示的质数的集合中排除一独特质数，例如质数1。

在实施方式中，交通工具控制系统包括两个或更多个功能单元。

交通工具控制系统还可以包括与交通工具硬件相关联的子系统，其中，子系统包括功能单元，该方法还包括将功能单元与包括的子系统相关联。

在实施方式中，从包括在交通工具控制系统中的功能单元中选择功能单元子集，并且功能单元子集的预期遍历值是包括在功能单元子集中的每一个功能单元的独特标签的乘积。

根据第二方面，提供了一种用于提供至少一个功能单元的方法。该方法包括将有限域元素形式的独特标签分配给功能单元。

根据第三方面，提供了一种用于检测包括功能单元的交通工具控制系统中的故障的控制器。交通工具控制系统的功能单元中的每一个功能单元都分配有有限域元素形式的独特标签。用于检测故障的控制器包括：调用功能单元的装置，其中，对功能单元的调用包括可读的遍历值；在功能单元正确运行的情况下基于当前被调用的功能单元的独特标签更新遍历值的装置；以及处理单元，该处理单元被程序化为通过更新的遍历值和预期遍历值之间的比较来确定是否功能单元中的任何功能单元有故障。

在实施方式中，处理单元还被程序化为：如果更新的遍历值不等于预期遍历值，通过有限域元素因式分解算法来确定哪些功能单元有故障。

根据第四方面，提供了一种系统，该系统包括交通工具的与一个或多个功能单元相关联的硬件部件和根据第三方面的控制器。

附图说明

根据以下参照附图的详细描述，其他目的、特征和优点将显现，在附图中：

图1是根据实施方式的方法的示意图；

图2是根据另一实施方式的方法的示意图；以及

图3是根据实施方式的方法的框图。

具体实施方式

本发明的以下描述涉及用于检测交通工具控制系统中的故障的方法、控制器和系统，该交通工具控制系统包括具有关联的独特标签的功能单元。功能单元可以与交通工具的特定部件相关联。例如，功能单元可以与直接同交通工具的移动相关的部件诸如制动器致动传感器相关联。功能单元还可以与同交通工具的辅助方面相关的部件诸如座椅加温控制器相关联。通过所描述的方法，可以高效且有效地检测和定位一个或多个单独功能单元中的控制器和系统故障。交通工具控制系统可以包括一个或多个功能单元，诸如两个或更多个。功能单元在一些实施方式中可以是软件实现的。

根据本文描述的各种实施方式，为功能单元分配独特标签以实现识别。在图2中大体地描绘这种方法20。独特标签可以在运行时期间或之前并且优选地在访问功能单元22之后被分配24到功能单元。在整个故障检测方法中，独特标签充当功能单元的标识符。分配独特标签的方法是以有限域元素的形式分配标签，其中每个有限域元素对应于独特的十进制形式表示。优选地，根据从数字2开始的质数的递升序列来选择和关联独特的十进制形式表示。即，为第一功能单元的独特标签分配表示数字2的有限域元素，为第二功能单元的独特标签分配表示数字3的有限域元素，为第三功能单元的独特标签分配表示质数5的有限域元素，依此类推。如下面将进一步说明的，优选地不使用表示质数1的有限域元素。

在故障检测方法期间可以调用每个功能单元。在图1中示意性地示出故障检测方法10。对功能单元的调用12包括遍历值。遍历值是可以由相应的接收功能单元读取和更新的值。在故障检测期间提供14给第一个功能单元的遍历值是对应于质数“1”的独特十进制形式表示的有限域元素。

在接收到调用时，在接收功能单元正确运行的情况下，接收功能单元可以将遍历值更新16为等于调用中包含的遍历值与当前被调用的功能单元的独特标签的乘积。该乘法产生一乘积，该乘积是下述两项的乘积，所述两项中的一项是接收功能单元的独特标签，所述两项中的另一项是先前调用的无错误的功能单元的所有独特标签的乘积。然后将遍历值更新为等于该乘积。

错误状态的有故障的功能单元将不会更新遍历值。因此，遍历值将不会被故障的功能单元改变。

然后，调用中的遍历值被传递给下一个功能单元。下一个功能单元用其自己的独特标签重复上述乘法过程。

为了确定功能单元中的任一个是否有故障，可以将遍历值与预期遍历值进行比较。为了确定18哪些功能单元出错，使用了独特的有限域元素因式分解算法。

在传递给一个或多个功能单元之后，将遍历值与预期遍历值进行比较。预期遍历值可以是系统中要检测故障的功能单元的所有独特标签的乘积。

如果遍历值等于预期遍历值，则系统中未检测到故障。

如果遍历值不等于预期遍历值，则已经检测到一个或多个有故障的功能单元。

为了确定哪个功能单元有故障，使用了独特的有限域元素因式分解算法。

在描述有限域因式分解算法之前，将给出有限域的一些一般描述。

有限域，通常也称为伽罗瓦域，是包含有限数量元素的域的数学表示。某个阶q的有限域(其中q等于元素的数量)仅在q＝p^k时存在，其中p是质数且k是正整数。对于多项式因式分解，开发了用于在有限域上分解多项式的有效算法。特别地，为了研究多项式方程f(x)＝0的自由基的可解性，我们设k是由f(x)的系数生成的域，并且设f是k上的f(x)的分裂域。

虽然伽罗瓦考虑了使系数域固定的根的排列，但是近代方法是考虑由这些排列确定的自同构。注意，域f的任何自同构必须使其质数(prime，本原)子域固定。

命题。设f是k的扩展域。所有自同构的集合φ：f→f使得对于k中的所有a来说φ(a)＝a是函数构成下的群。

定义。设f是k的扩展域。集合称为k上的f的伽罗瓦群，表示为gf(f/k)。

定义。设k是域，设f(x)∈k[x]，并且设f是k上的f(x)的分裂域。然后gf(f/k)称为k上的f(x)的伽罗瓦群，或者k上的等式f(x)＝0的伽罗瓦群。

命题。设f是k的扩展域，并且f(x)∈k[x]。然后gf(f/k)中的任何元素限定了f(x)的位于f中的根的排列。

引理。设f(x)∈k[x]是没有重复根的多项式，并且设f是k上的f(x)的分裂域。如果φ：k→l是将f(x)映射到g(x)∈l[x]的域同构并且e是l上的g(x)的分裂域，那么就存在[f:k]同构θ：f→e，使得对于k中的所有a来说φ(a)＝θ(a)。

定理。设k是域，设f(x)∈k[x]，并且设f是k上的f(x)的分裂域。如果f(x)没有重复根，那么[gf(f/k)]＝[f:k]。

推论。设k是有限域，并且设f是k的延伸，其中[f:k]＝δ。那么gf(f/k)＝δ是阶δ的循环群。

现在假设存在有限域并且其元素由多项式g(x)＝x⁴+x³+1生成，则元素在下面的表1中给出。

表1：质数以粗体显示的有限域元素

根据实施方式的方法的框表示30和被程序化为执行该方法的控制器在图3中示出。

假设存在n个处理部件，功能的单元这里称为fn，其中n∈[1，n]，它们以串联、并联或串联和并联的组合彼此连接。这些中的每一个都包含独特质数该质数被编码为来自所生成的域的独特有限域元素，其充当实际fn的id。因此，每个有限域元素形式的独特标签对应于独特的十进制形式表示，即独特的质数。数字1不用于独特质数的集合，但数字1用作误差设定值。在每个步骤中，质数α′n乘以来自前面步骤的质数的乘积βn-1，α′nβn-1，以产生βn。

βn＝α′nβn-1

这些乘积存储在存储器中并虚拟传播到下一个fn。当所有fn都被执行并计算出最终乘积时，将最终乘积与预期值进行比较。

因此，所提出的方法30包括以下子功能，其还表示控制器的被配置为执行该方法的操作模块：

在31中，有限域元素形式的独特质数标签α′n，其充当实际功能或单元fn的id，并且用作通过乘法产生乘积的因数。

在32中，要被监视的功能或单元以串联、并联或串联和并联的组合连接到下一个功能或单元。来自这些功能或单元的默认输出值是有限域元素0001。

在33中，提供乘法器功能或单元，其将来自前面步骤的乘积βn-1乘以有限域元素形式的实际质数α′n，以形成新乘积βn。

附图标记34表示“无洞”存储单元或一些其他存储装置。

附图标记35表示功能或单元fn之间的数据通路。

附图标记36表示从对应于前一步骤的数据存储装置到下一个功能或单元的乘积传播。

附图标记37表示故障比较器和独特因式分解单元，其被配置为确定是否有任何功能单元有故障，如果有，确定哪些单元有故障。

如以上所提到的，功能单元可以以串联连接。功能单元也可以以并联连接。功能单元也可以以串联和并联的组合连接。

在实施方式中，功能单元可以是从包括在交通工具控制系统中的功能单元中选择的子群。在这样的实施方式中，功能单元子群可以与交通工具的特定功能相关联。在实施方式中，功能单元子群可以与交通工具的多个相关功能相关联。功能单元子群的预期遍历值是包括在功能单元子群中的功能单元中的每一个的独特标签的乘积。

下面描述一种独特的因式分解算法。如果有限域元素形式的独特标签的最终乘积βn等于预期值，则没有故障。

如果有限域元素形式的独特标签的最终乘积βn不等于预期值，则存在一个或多个故障。

以下过程用于断定故障发生的位置：

在第一步骤中，为了断定已经发生故障的位置，最终乘积除以第一个且最不常见的有限域元素α′1＝0010。

在第二步骤中，如果商不等于给定集合中的有限域元素，则通过又进一步除以下一个有限域元素继续该过程。在另一种情况下，如果商是给定集合中的有限域元素，则迭代被中断。可以通过以下算法描述通过因式分解检测故障的过程：

α′1＝0010.

对n＝1到n

结束

一旦执行上述过程，通过下述方式继续故障检测：所述方式为通过检查完整使用的有限域元素的集合和在迭代期间所获得的有限域元素的集合之间的差来执行比较。比较的结果，即缺失的元素，代表有故障的功能或单元的id。

如上所述，交通工具控制系统还可以包括与交通工具硬件相关联的子系统。在这种情况下，子系统包括功能单元。例如，动力传动系统子系统可以包括与硬件的组合件相关联的多个功能单元，该硬件的组合件与交通工具的动力传动系统相关联。

如果功能单元包括在子系统中，则检测故障的方法还可以包括将功能单元与构成的子系统相关联。

检测交通工具控制系统中的故障的方法还可以包括用于确定哪个硬件部件与功能单元相关联的步骤。该方法可以包括访问将硬件描述符与功能单元相关联的列表。该列表可以包括如上所述的作为功能单元的独特标签的一系列独特标签。该列表还可以包括基于文本的描述符或其他描述符，其中交通工具的硬件部件与每个独特标签相关。描述符可以是任何机器或人类可读描述符或交通工具的硬件部件的id。

本文还公开了一种用于检测交通工具控制系统中的故障的控制器，其中该系统包括功能单元。为了识别，根据以上描述，可以为交通工具控制系统的功能单元中的每一个分配有限域元素形式的独特标签。

因此，用于检测故障的控制器还包括调用功能单元的装置，其中对功能单元的调用包括用于使得能够识别哪些功能单元有故障的可读和可更新的遍历值。

控制器包括在功能单元正确运行的情况下基于当前被调用的功能单元的独特标签更新遍历值并且在故障的情况下不更新遍历值的装置。

控制器还检测功能单元是否有故障，因为它具有将遍历值与预期遍历值进行比较的装置，以及确定哪些功能单元有故障的装置。在遍历值等于预期遍历值的情况下，在交通工具控制系统中未检测到故障。在遍历值不等于预期遍历值的情况下，控制器确定交通工具控制系统中存在一个或多个故障。控制器可以通过独特因式分解算法确定哪些功能单元有故障。

根据以上描述，交通工具可以包括系统，该系统包括交通工具的与一个或多个功能单元相关联的至少一个硬件部件以及控制器。例如，系统可以包括硬件部件诸如制动器致动传感器、如上所述的控制器以及至少一个功能单元。该系统还可以包括将硬件部件描述符与功能单元相关联的列表。

处理单元负责该方法的整体操作和控制。可以以任何已知的控制器技术实现处理单元，包括但不限于处理器(plc、cpu、dsp)、fpga、asic或能够执行预期功能的任何其他合适的数字和/或模拟电路。处理单元构成本文描述的方法的实现。

最后，系统和控制器可以具有可操作地连接到处理单元的存储器。可以通过任何已知的存储器技术实现存储器，包括但不限于e(e)prom、s(d)ram和闪速存储器，并且它还可以包括辅助存储装置，诸如磁盘或光盘。物理上，存储器可以包括一个单元或多个单元，它们共同构成逻辑层面的存储器。除了存储用于通常可用的各种功能和应用的各种程序指令和数据之外，存储器还包括用于在控制器、系统或处理单元中执行的控制软件应用的程序指令和工作数据。

尽管以上已经参考特定实施方式描述了本发明，但是并不意图将本发明限于本文阐述的特定形式。更确切地讲，本发明仅受所附权利要求的限制。